Háromszáz éves ágyúgolyó égette ki a brit vegyész íróasztalát

A minap, amikor a cardiffi múzeum vegyésze egy középkori ágyúgolyó-maradványt vizsgált, az magától elkezdett izzani. Idő kellett, hogy a csodálatos jelenséget megmagyarázzák a tudósok.

A történet 1691. szeptember 3-án kezdődött. Ekkor süllyedt el a Coronation nevű hadihajó, a korabeli angol hadiflotta második legnagyobb hajója. A mélybe veszett minden rakománya, egyebek közt nagyszámú ágyúgolyó. A lövedékek egészen a múlt század hetvenes éveiig hevertek a mélyben, ekkor hozták őket a felszínre.

Az egyik ágyúgolyó idővel a Cardiffban lévő wellsi nemzeti múzeum és galéria vegyészének, Bob Childnak az asztalára került, akinek feltűnt, hogy a golyót valamilyen tömör kéreg borítja, amely az idők során a tengerben képződött. A vegyész kíváncsi lett, mi lehet ez a burok, és ezért kalapáccsal egy darabot lepattintott belőle.

Nagy meglepetés érte: miközben a darabkát vizsgálta, füstszagot érzett, és amikor felpillantott, arra figyelt fel, hogy az ágyúgolyó sötétvörösen izzik, és tüstént kiégeti az íróasztalát.

A meglepő jelenség okát senki sem tudta megmagyarázni: olyan volt, mintha a kapanyél elsült volna. Végül alapos vizsgálatok és sok spekuláció után egy másik vegyésszel, a szingapúri Gintic Intézetben dolgozó David Rosseinskyvel találták meg a magyarázatot, majd közölték a Nature online változatában.

Kezdettől fogva gyanították: a jelenséget valamilyen különösen gyors kémiai reakció okozta. Amikor kézbe vette, az ágyúgolyó könnyű volt, ami Childot nem lepte meg, hiszen természetes, ha a vas az oxigént tartalmazó sós tengervízben a századok során átrozsdásodik és szivacsszerűen porózus vas-oxiddá alakul.

De milyen hőtermelő reakcióban vehet részt a vas-oxid? Az úgynevezett termiteljárás az egyetlen, amelyben a vasoxid a hőtermelő reakció egyik komponense: ha finom alumíniumporral összekeverik és meggyújtják, vassá redukálódik, alumínium-oxid és hő keletkezik, mert az alumínium-oxid-képződés hője nagyobb, mint a vas-oxidé.

Az eljárást vasúti sínek hegesztésére használták. Itt viszont nem találtak alumíniumot. Az egyedüli magyarázat, hogy a vizsgált ágyúgolyó belül nem vas-oxidból állt, hanem a tenger fenekén valahogy visszaalakult eredeti ásványi állapotába.

A jelenség úgy magyarázható, hogy míg a tenger fenekén hevert az ágyúgolyó, és anyaga lassan megrozsdásodott, egyre inkább el is süllyedt, és felületén tömör záróréteg képződött. Amikor a kéreg bezárult, belsejében nemcsak vas-oxid maradt, hanem olyan szerves anyag is, amely a vas-oxidot redukálta vassá.

A keletkezett vas megőrizte a vas-oxid finom, porózus szerkezetét, tehát nagyon nagy felületű volt. Amikor Child megsértette a kérget, levegő hatolt be, a levegő oxigénje a finom eloszlású vasat pillanatok alatt oxidálta, és a közben felszabaduló hő izzította fel az ágyúgolyót.

Mint Stephen Fletcher korróziókutató a Lougborough Egyetemről ugyanitt írta, ez a heves reakció a finom eloszlású vas esetében nem meglepő: e jelenséget hasznosítják például a sarkkutatók kézmelegítőjében.